Разработка методики расчета суточного режима работы гидроэлектростанций в современных условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.08, кандидат технических наук Солдаткин, Алексей Юрьевич

• Солдаткин, Алексей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Солдаткин, Алексей Юрьевич

Введение.

ГЛАВА 1. Общие проблемы выбора режима работы гидроэлектростанции.

1.1. Долгосрочное регулирование речного стока водохранилищами ГЭС

1.2. Краткосрочное регулирование речного стока водохранилищами ГЭС 15 1.2.1. Учет неустановившегося движения в нижнем бьефе.

1.3. Расчет режимов работы ГЭС.

1.3.1. Расчет режима ГЭС по критерию максимума выработки электроэнергии в заданных условиях.

1.3.2. Расчет режима работы ГЭС по критерию максимальной экономии органического топлива в энергосистеме.

1.3.3. Расчет по критерию максимального вытеснения тепловых электростанций на органическом топливе из графика нагрузки энергосистемы

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Оптимизация режима работы ГЭС в современных условиях.

2.1. Современные условия эксплуатации ГЭС.

2.2. Численные методы оптимизации.

2.2.1. Метод покоординатного спуска.

2.2.2. Метод динамического программирования.

2.2.3. Метод проекции градиента.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Оптимизация суточного режима работы ГЭС по критерию получения максимального дохода от продажи электроэнергии на ОРЭМ.

3.1. Алгоритм оптимизации и режима работы ГЭС по критерию максимального дохода.

3.2. Исследование влияния входящей информации на режим работы ГЭС по критерию максимального дохода.

3.3. Сравнение режимов работы ГЭС при расчете по различным критериям. Проверка результатов принятой расчетной модели.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Пример использования разработанной методики в расчете суточного режима работы ГЭС.

4.1. Исследование влияния рабочих характеристик ГЭС на режим работы Боткинской ГЭС, рассчитанный по критерию максимального дохода.

4.2. Исследование влияния кривых связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе на режим работы Боткинской ГЭС, рассчитанный по критерию максимального дохода.

4.3. Исследование совместного влияния изменения рабочих характеристик ГЭС и гидравлических характеристик на режим работы Боткинской ГЭС, рассчитанный по критерию максимального дохода.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики расчета суточного режима работы гидроэлектростанций в современных условиях»

В результате реформирования электроэнергетики в нашей стране создан Оптовый рынок электроэнергии и мощности. В связи с особенностью электроэнергии как товара, функционирование этого рынка имеет некоторые отличия от работы других рынков товаров и услуг. Основной особенностью нормальной работы энергосистемы, как до перехода на рыночные условия, так и с настоящее время, является одновременность процессов потребления и производства электроэнергии, равенство — за вычетом потерь — объемов выработанной и потребленной электроэнергии во времени. Так же одной из проблем энергораспределения является то, что невозможно заранее точно оговорить объемы генерации и потребления электроэнергии. Необходимо учитывать еще и то, что производители электроэнергии отличаются между собой по себестоимости товара. Это связано с тем, что на разных электростанциях получение электроэнергии является результатом различных технологических процессов. Различие обусловлено использованием разных видов энергетических ресурсов. Так же при использовании одного и того же вида топлива на различных электростанциях используются агрегаты с различными характеристиками.

В рамках Оптового рынка электроэнергии и мощности выделяется несколько секторов торговли электроэнергией. В том числе рынок на сутки вперед. Особенностью данного сектора рынка является то, что тариф на электроэнергию формируется на каждый час по результатам торгов между производителями и потребителями электроэнергии.

При таком формировании тарифа, в случае ограничения среднесуточного расхода топлива, перед владельцами электростанции встает вопрос: будет ли тот режим, по которому работает электростанция приносить максимально возможную прибыль? Особенно этот вопрос актуален для гидроэлектростанций, которые, обладая высокой маневренностью, могут изменять рабочую мощность с незначительной задержкой во времени.

Актуальность темы диссертации заключается в том, что в условиях функционирования Оптового рынка электроэнергии и мощности, в том числе и такого его сегмента, как рынок на сутки вперед, в качестве основного критерия определения суточного режима работы ГЭС предлагается принять критерий максимального дохода от продажи электроэнергии. Применение новых критериев и базирующихся на них изменениях режима позволяет повысить эффективность работы конкретной ГЭС и гидроэнергетики в целом.

Целью исследования является разработка алгоритма оптимизации суточного режима работы ГЭС, основывающегося на критерии максимального дохода от продажи электроэнергии на ГЭС и учитывающего в расчетах современное состояние оборудования и энергетических показателей водохранилища.

В рамках сформулированной проблемы в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Обосновано использование критерия максимального дохода от продажи электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии для нахождения суточного режима работы ГЭС;

2. Разработан алгоритм расчета суточного режима работы ГЭС, основывающийся на критерии максимального дохода от продажи электроэнергии;

3. Проверена применимость метода определения суточного режима работы ГЭС по критерию максимального дохода от продажи электроэнергии;

4. Произведено сравнение фактического режима и режимов, основывающихся на критериях максимального вытеснения тепловых мощностей, максимальной экономии топлива в энергосистеме и максимального дохода от продажи электроэнергии.

Научная новизна: в работе сформулирован критерий расчета режима работы — получение максимального дохода от продажи электроэнергии на ГЭС.

1. Разработан- метод оптимизации суточного режима работы ГЭС, основывающийся на методах покоординатного спуска и динамического программирования.

2. Выявлены основные факторы, влияющие на изменения дохода.

Положения, выносимые на защиту:

1. Эксплуатация ГЭС в современных условиях отличается от проектного варианта. Эти отличия связаны не только с износом оборудования ГЭС и изменениями гидравлических характеристик, нижнего и верхнего бьефов, но и с появлением оптового рынка электроэнергии и мощности.

2. В современных условиях в качестве основного- критерия формирования суточного режима применим критерий максимального дохода от продажи электроэнергии-на ГЭС.

3. Для разработки, алгоритма расчета режима работы ГЭС по критерию максимального дохода от реализации электроэнергии необходимо разработать математический метод, учитывающий то, что целевая- функция не является унимодальной.

4. Доход от продажи электроэнергии? зависит, от режима работы и характеристик ГЭС, таких как гидравлические характеристики нижнего бьефа и энергетические характеристики гидроагрегатов.

Достоверность полученных результатов подтверждена приведенными4 расчетами, доказательством применимости разработанного метода и( последующим сравнением полученных результатов с результатами, полученными при использовании методов, достоверность которых подтверждена многочисленными исследованиями.

Апробация- работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались на международной научно-технической конференции в Московском энергетическом институте; на заседании кафедры

Нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Московского энергетического института; на заседании Кафедры использования водной энергии Московского государственного строительного университета; научно-техническом совете ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ».

Диссертационная работа выполнена на кафедре нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Московского энергетического института (технического университета) и нашла отражение в опубликованных автором статьях и докладах по теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Заключение диссертации по теме «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии», Солдаткин, Алексей Юрьевич

Общие выводы

1. Введение рынка электроэнергии и формирование почасового тарифа на электроэнергию позволяет использовать новые подходы к формированию режимов работы ГЭС. Одним из таких подходов предлагается сделать расчет режима ГЭС по* критерию максимального дохода от продажи электроэнергии на шинах ГЭС.

2. Разработана методика оптимизации суточного режима работы ГЭС по критерию максимального дохода от продажи электроэнергии на шинах станции, учитывающая неунимодальность целевой функции и показывающая высокую степень сходимости.

3. Разработанная методика базируется на основном принципе динамического программирования и является модифицированным методом покоординатного спуска.

4. Проведенные исследования показали, что применение методики оптимизации суточного режима работы ГЭС по критерию максимального дохода от продажи электроэнергии на шинах Боткинской ГЭС, на примере которой проводились расчеты, позволяет увеличить доход по отношению к другим режимам работы ГЭС на 4,7-9%.

5. В зависимости от формы внутрисуточного распределения тарифа суточный доход, рассчитанный по принятому критерию, изменяется в пределах 10 %.

6. Проведенные исследования показывают, что суточный доход от продажи электроэнергии значительно зависит от характеристик ГЭС, таких как рабочие характеристики гидроагрегатов и кривых связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе. В связи с ухудшением эксплуатационных характеристик гидроагрегатов Боткинской ГЭС доход, рассчитанный по принятому критерию, уменьшается на 4,2 %. Благодаря изменению кривой связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе доход от продажи электроэнергии на Боткинской ГЭС увеличивается на 3,7 %.

7. На Боткинской ГЭС благодаря увеличению напора из-за изменения кривых связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе ГЭС и дополнительной оптимизации режима работы ГЭС по принятому критерию, компенсируется падение дохода из-за ухудшения рабочих характеристик ГЭС.

8. Дальнейшее направление исследований связано с приведением расчетной модели к расчету режимов работы каскада ГЭС по критерию максимального дохода, а также учетом развития оптового рынка электроэнергии, мощности и системных услуг.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Солдаткин, Алексей Юрьевич, 2011 год

1. Александровский А. Ю., Солдаткин А. Ю. «Оценка влияния изменения условий эксплуатации на суточный режим работы ГЭС». Гидротехническое строительство №8, 2011: 15-19.

2. Александровский А. Ю., Солдаткин А. Ю. «Оценка дохода гидроэлектростанций в зависимости от дифференциации тарифа на продаваемую электроэнергию». Вестник МЭИ, 2011.

3. Александровский А.Ю. Силаев Б.И. Чуканов В.В. «Влияние русловых деформаций в нижнем бьефе на условия работы энергетического оборудования ГЭС». Гидротехническое строительство №11, 2002.

4. Алябышева Т.Н., Яганов P.M. (ОАО "ВНИИЭ"). «Информационно-вычислительная система контроля, анализа и расчета суточных режимов ГЭС и их каскадов». Новое в российской электроэнергетике, №5, 2004.

5. Амосов, А. А. Дубинский Ю. А., Копченова Н. А. Вычислительные методы для инженеров. Москва: Высшая школа, 1994.

6. Андреев В.Б. Справочник по гидротурбинам. Машиностроение, 1984.

7. Ю.Асарин А.Е., Бестужева К.Н. Водноэнергетические расчеты. Москва:1. Энергоатомиздат, 1986.

8. Ашманов, С. А. Линейное программирование. Москва: Наука, 1981.

9. Беллман, Р. Динамическое программирование. Москва: Изд-во иностранной литературы, 1960.

10. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. Москва: Фитматгиз, 1962.

11. Васильев Ю.С., Виссарионов В .И., Кубышкин Л.И. Решение гидроэнергетических задач на ЭВМ (Элементы САПР и АСНИ). Москва: Энергоатомиздат, 1987.

12. Великанов А. Л. Экономическое обоснование расчетной обеспеченности в водохозяйственных комплексах, Проблемы гидроэнергетики и регулирования речного стока. М.: Изд-во АН СССР, 1973, вып. 17.

13. Великанов А. Л., Клёпов, В.И. Определение гарантированной отдачи системы водохранилищ для водоснабжения/ Гидротехническое строительство. 1983. -№9.

14. Великанов А.Л. Водохозяйственные системы и расчетная обеспеченность, Водные ресурсы, 1973а, № 5.

15. Великанов А.Л. Водохозяйственные системы и расчетная обеспеченность Проблемы изучения и комплексного использования водных ресурсов. М.: Наука, 1978.

16. Великанов А.Л. Регулирование стока как задача теории управления водными ресурсами, Водные ресурсы. 1999. Т.27.

17. Великанов А.Л., Дружинин И.П., Крицкий С.Н., Менкель, М.Ф.,

18. Великанов А.Л., Клёпов В.И. Исследование величины и обеспеченности гарантированной водоотдачи системы водохранилищ, X школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования». Ростов-на-Дону, 1986.

19. Великанов А.Л., Коробова, Д.Н., Пойзнер, В.И. Моделирование процессов функционирования водохозяйственных систем, М.: Наука,- 1983.

20. Великанов А.Л., Кудинов, А.Г. Прогноз водопотребления как основа разработки стратегии управления водными ресурсами, Международный конгресс «Вода, экология, технология» ЭКВАТЭК-2002. М: «СИБИКО Интернэшнл» 2002.

21. Великанов М.А. Русловой процесс (основы теории). М., 1958

22. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. Москва: Энергоатомиздат, 1998.

23. Гидроэлектрические станции, под ред. Ф. Ф. Губина, М., 1972.

24. Гильденблат Я.Д., Макулов В.В., Семиколенов A.C. Неустановившийся режим в нижнем бьефе гидроэлетростанции, Сборник "Проблемы регулирования речного стока", вып.2. Москва: АН СССР, 1948.

25. Горнштейн В. М. Методы оптимизации режимов энергосистем. Москва: Энергосатомиздат, 1981.

26. Горнштейн В. М. Наивыгоднейшие режимы работы гидроэлектростанций в энергетических системах. Москва: ГЭИ, 1959.

27. Горнштейн В.М., Мирошниченко Б.П., Пономарев A.B. Методы оптимизации режимов энергосистем. Москва: Энергоиздат, 1981.

28. Джелен Б. Применение VBA и макросов в Microsoft Excel. Москва: Вильяме, 2005.

29. Елаховский С.Б. Гидроэлектростанции в водохозяйственных системах, М.: Энергия, 1979.

30. Елаховский С.Б., Цветков Е.В. Управление режимами работы в энергетических и водохозяйственных системах, Гидротехническое строительство, 1979.

31. Ильиных И. И. Гидроэлектростанции. Москва: Энергоатомиздат, 1988.

32. Исмайылов Г.Х., Шаталова, К.Ю. Формализация гидрологических особенностей в моделях управления водохозяйственными системами, Водные проблемы на рубеже веков. М.: Наука.- 1999.

33. Каган, Б. М., Тер-Микаэлян Т. И. Решение инженерных задач на цифровых вычислительных машинах. Москва: Энергия, 1964.

34. Картвелишвли, H.A. Стохастическая гидрология, JL: Гидрометеоиздат. 1975.

35. Клер А. М., Деканова Н. П., Скрипкин С. К. и др. Математическое моделирование и оптимизация в задачах оперативного управления тепловыми электростанциями. Новосибирск: Наука. СИФ РАН, 1997.

36. Коренистов Д.В., Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Проблемы ре-регулирования речного стока, Проблемы изучения и использования водных ресурсов. М.: Наука, 1972.-С. 86-111.

37. Коробова Д.Н., Пойзнер В.И, Некоторые вопросы разработки математических моделей при водохозяйственных исследованиях, Проблемы изучения и комплексного использования водных ресурсов. М: Наука, 1978.

38. Крицкий С. Н., Менкель М. Ф. Водохозяйственные расчеты. Ленинград: Гидрометеорологическое издательство, 1952.

39. Крицкий С. Н., Менкель М. Ф. Гидрологические основы управления водохозяйственными системами. Москва: Наука, 1981.

40. Крицкий С.Н. Менкель, М.Ф. О некоторых элементах режима работы водохранилищ, Проблемы регулирования речного стока/ M.-JL: Изд-во АН СССР, 1947.- вып. 1.

41. Крицкий С.Н. Менкель, М.Ф. О принципах выбора параметров водохозяйственных установок, Проблемы регулирования речного стока, М.: Изд-во АН СССР, 1948. вып.2.

42. Крицкий С.Н. Менкель, М.Ф. Регулирование речного стока с переменной отдачей, Гидротехническое строительство. 1935.- №3.

43. Крицкий С.Н. О направлении исследований в области теории использования водных ресурсов, Проблемы изучения и комплексного использования водных ресурсов. М.: Наука, 1978.

44. Крицкий С.Н. О теоретических аспектах использования водных ресурсов, Труды Международного симпозиума по специфическим аспектам гидрологических расчетов для водохозяйственного проектирования. М.: Гидрометеоиздат, 1979.

45. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Водохозяйственные расчеты, JL: Гидрометеоиздат, 1952.

46. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы речной гидротехники, М.: Изд-во АН СССР, 1950.

47. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы управления водохозяйственными системами, М.: Наука. 1982.

48. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы управления речным стоком, М.: Наука. 1981.

49. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Об основах теории регулирования речного стока, Проблемы регулирования стока и использования рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1968 б.-выпЛбО.

50. Крицкий С.Н., Менкель, М.Ф. Нормирование обеспеченности и технология использования водной энергии, Проблемы регулирования речного стока. М.: Изд-во АН СССР, 1958. вып.7.

51. Крицкий С.Н., Менкель, М.Ф. О гидрологических основах теории регулирования стока, Проблемы регулирования речного стока. М.: Изд-во АН СССР, 1947.-Вып. 1.

52. Крицкий С.П. Менкель, М.Ф., Урываев, В.А. Инженерная гидрология в развитии водного хозяйства, Метеорология и гидрология за 50 лет Советской власти. Л.: Гидрометеоиздат, 1967.

53. Леви И.И. Инженерная гидрология. М., Высшая школа, 1968, 238 с.

54. Лось, Б. М. Приближенный метод расчета уровней в нижних бьефах электростанций при суточном регулировании. Труды МЭИ вып. V (гидроэнергетика). Москва: МЭИ, 1950.

55. Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. М., 1986

56. Максимов, Б. К., Молодюк В. В. Теоретические и практические основы рынка электроэнергии в России: учебное пособие. Москва: Издательство МЭИ, 2008.

57. Малинин, Н. К. Теоретические основы гидроэнергетики. Москва: Энергоатомиздат, 1985.

58. Министерство топлива и энергетики Российской Федерации РАО "ЕЭС России". Методические указания по составлению правил использования водных ресурсов водохранилищ гидроузлов электростанций. 2001.

59. Минюк С. А., Ровба Е. А., Кузьмич К. К. Математические методы и модели в экономике. Москва: ТетраСистемс, 2002.63 .Некоммерческое партнёрство «Совет рынка», http://www.np-sr.ru/.

60. ОАО «Администратор торговой системы оптового рынка электроэнергии». http://www.atsenergo.ru/.

61. ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы», http://www.so-ups.ru/.

62. Обрезков, В. И. «Оптимизация длительных режимов работы ГЭС в каскаде и энергосистеме» Тр. МЭИ. Гидроэнергетика. Вып. 62., 1965: 5-35.

63. Обрезков. Гидроэнергетика. Москва: Энергоиздат, 1981.

64. Плешков Я. Ф., Регулирование речного стока, 2 изд., Л., 1972;

65. Под общей ред. B.C. Серкова. Эксплуатация гидроэлектростанций. Москва: Энергия, 1977.

66. Потапов, М.Б. Регулирование стока, М.: Сельхозгиз. 1951.

67. Пряжинская, В.Г. Математическое моделирование в водном хозяйстве, М.: Наука, 1985.

68. Резниковский А.Ш. О компенсированном электрическом регулировании при комплексном использовании стока рок, Проблемы гидроэнергетики и регулирования речного стока. М.: Изд-во АН СССР, 1963.- вып. 2.

69. Резниковский А.Ш. Об активных средствах управления при использовании водных ресурсов, Водные ресурсы. 1973. № 5.

70. Резниковский А.Ш., Александровский, А.Ю., Атурин, В.В. и др. Гидрологические основы гидроэнергетики, М.: Энергия, 1979.

71. Резниковский А.Ш., Рубинштейн, М.И, Диспетчерские правила управления режимами водохранилищ, М.: Энергоатомиздат, 1984.

72. Резниковский А.Ш., Рубинштейн, М.И. Управление режимами водохранилищ гидроэлектростанций, М.: Энергия, 1974.

73. Резниковский А.Ш.,. Великанов М. А, Костина С. Г., Рубинштейн М. И. Гидрологические основы гидроэнергетики. Москва: Энергоатомиздат, 1989.

74. Резниковскийп А.Ш., Рубинштейн М.И. Диспетчерские правила управления водохранилищ. Энергоатомиздат, 1982.

75. Саваренский А.Д., Водохозяйственные расчеты при регулировании стока, М. -Куйбышев: Куйбышевское краевое изд-во. 1935.

76. Саваренский А.Д., Регулирование речного стока водохранилищами, М.: Изд-во АН СССР, 1951.

77. Трифонов, А. Г. Постановка задачи оптимизации и численные методы ее решения. Минск: ОИЭЯИ Сосны HAH Беларуси, 2008.

78. Фельдман М.П., Методика экономического выбора обеспеченной мощности

79. Филиппова Т. А., Оптимизация энергетических режимов гидроагрегатов гидроэлектростанций. Москва: Энергия, 1975.

80. Цветков, Е. В. Расчет оптимального регулирования стока водохранилищами гидроэлектростанций на ЦВМ. Москва: Энергия, 1967.

81. Цветков, Е. В., Алябышева Т. М., Парфенов JI. Г. Оптимальные режимы гидроэлектростанций в энергетических системах. Москва: Энергоатомиздат, 1984.

82. Шарый, С. П. Курс вычислительных методов. Новосибирск: Институт высичлительных технологий СО РАН, 2011.

83. Шикин Е.В. Чхартишвили А.Г. Математические методы и модели в управлении: Учебник для ВУЗов. Москва: Дело, 2000.

84. Щавелев Д.С.,Васильев Ю.С., Претро Г.А. и др.; Под ред. Щавелева Д.С. Гидроэнергетические установки, 2-е изд., пере-раб. и доп. Д.: Энергоиздат, 1981.

85. Эрлихман Б. JL Энергоэкономические расчеты гидроэлектростанций. Москва: Энергия, 1969.

86. Market Considerations. Glasgow: University of Strathclyde, 2005.

87. SECURITY OF ELECTRICITY SUPPLIES. London: Parlamentary Office of Science and Technology postnote, 2003.